(57)【要約】【課題】  微細なき裂がコーティング内に生じた段階で損傷度を短時間で容易に評価でき、コーティングの剥離や脱落を事前に予知できるコーティング剥離評価方法を提供することである。【解決手段】  基材にコーティングを施工した試験片を用意し、室温で試験片に機械的荷重負荷を繰り返し与え、試験片のコーティングのひずみ量及び剥離量を計測し、剥離量に対してひずみ量及び繰り返し数の関数で示される剥離パラメータを設定し、剥離パラメータによりコーティングの剥離量を評価する。【選択図】  図１
2006047074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材にコーティングを施工した試験片を用意し、室温で前記試験片に機械的荷重負荷を繰り返し与え、前記試験片のコーティングのひずみ量及び剥離量を計測し、前記剥離量に対してひずみ量及び繰り返し数の関数で示される剥離パラメータを設定し、前記剥離パラメータにより前記コーティングの剥離量を評価することを特徴とするコーティング剥離評価方法。
【請求項２】
前記機械的荷重負荷は、前記試験片の側面部に施工したコーティングに対して前記試験片の基材部分のみが通過できる試験用ダイスに前記試験片を設置し、前記試験用ダイスと前記基材との間に僅かなギャップを設け、前記試験片に圧縮力を加えて前記コーティングにせん断ひずみを繰り返し発生させることにより、コーティングに疲労損傷を与えることを特徴とする請求項１記載のコーティング剥離評価方法。
【請求項３】
前記コーティングの剥離量の測定は、前記コーティングに赤外線を照射して加熱時または冷却時の温度変化により剥離量を測定することを特徴とする請求項１記載のコーティング剥離評価方法。
【請求項４】
前記コーティングの剥離量の測定は、前記コーティングに超音波を照射して剥離部分と非剥離部分での反射波の違いにより剥離量を測定することを特徴とする請求項１記載のコーティング剥離評価方法。
【請求項５】
前記コーティングの剥離量の評価は、前記剥離パラメータにより前記コーティングの最大剥離き裂長さまたは剥離面積を評価し、熱疲労試験の結果を含めて評価することを特徴とする請求項１記載のコーティング剥離評価方法。
【請求項６】
前記コーティングの剥離量の評価は、実機で計測された最大剥離き裂に対して剥離パラメータの値を比較して限界寿命までの残余寿命を評価し、または、次回の定期検査までの期間を見越した許容き裂長さを設定して実機で計測された最大剥離き裂が許容されるかを否かを評価することを特徴とする請求項５記載のコーティング剥離評価方法。
【請求項７】
前記機械的荷重負荷は、僅かなギャップを生じてお互いに嵌合する２個の試験片を用意し、２個の試験片の嵌合部分の一方の試験片にコーティングを施工し、この隙間にコーティングよりも室温において強度が高い接着剤を施工し、コーティングと接着剤とを介して一体となった試験片に、繰り返し圧縮および引張の荷重を負荷することにより、コーティングに繰り返しのせん断ひずみを与え疲労損傷を与えることを特徴とする請求項１記載のコーティング剥離評価方法。
【請求項８】
前記機械的荷重負荷は、片面にコーティングを施工した板状の試験片に対して、コーティング側または基材側が引張となるように曲げ荷重を繰り返して負荷し、板厚方向に生じる繰り返しのひずみ分布によって、コーティングに疲労損傷を与えることを特徴とする請求項１記載のコーティング剥離評価方法。
【請求項９】
前記機械的荷重負荷は、試験片の引張圧縮荷重を負荷する面にコーティングを施工し、相手の試験片と接着剤で接合することにより、直接コーティングに剥離を生じさせる繰り返しひずみを発生させてコーティングに疲労損傷を与えることを特徴とする請求項１記載のコーティング剥離評価方法。
【請求項１０】
前記機械的荷重負荷は、円筒状試験片の外面にコーティングを施工し、繰り返しの捩り負荷を与えてせん断ひずみを半径方向に分布させ、コーティングに疲労損傷を与えることを特徴とする請求項１記載のコーティング剥離評価方法。
【請求項１１】
前記機械的荷重負荷は、試験片の外面にコーティングを施工し、基材部分のみに繰り返しの一様負荷を与えて、荷重によって生じるひずみを基材断面部分で一様となるようにし、基材に接合したコーティングの厚さ方向に変形分布を与え、コーティングに疲労損傷を与えることを特徴とする請求項１記載のコーティング剥離評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば火力発電機器であるガスタービン部品のコーティングの剥離を評価するコーティング剥離評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、火力発電機器の回転機器であるガスタービンにおいては、高温高速で流動する燃焼ガスによって回転力を得ている。このため、燃焼ガスと接触する部品には絶えず機械的負荷とともに熱的な負荷が作用することになる。
【０００３】
図１５はガスタービンの主要部の構成図である。ガスタービンと同軸に設けられた圧縮機１１によって圧縮された吐出空気はガスタービンの燃焼器１２に案内され、燃焼器１２のライナー１３の部分で燃料を燃焼させ、その燃焼ガスをライナー１３からトランジッションピース１４及び静翼１５を経て動翼１６に導き、ガスタービンを駆動して仕事をするようになっている。
【０００４】
このようなガスタービンでは、高温高圧になった燃焼ガスがガスタービンの各段落で温度及び圧力を低下しながら羽根を介してロータに回転力を与えている。すなわち、原動力は上記流体によって動翼１６を介してロータ軸に伝達されるが、近年の発電プラントの高効率化や大容量化に伴うタービンの作動流体量の増大や高温化による作動条件の高度化から運転中に動翼１６に作用する種々の力は益々厳しくなっている。これらの力は遠心応力、熱応力、曲げ応力及びねじり応力等の応力を動翼１６内に生じさせ、これらの諸応力は共同してあるいは個別に作用して高い応力を引き起こすことがある。
【０００５】
さらに、一般的に材料は温度が高いほど強度が低下するため、ガス温度が高温化する使用条件では益々苛酷となっている。このため、高温ガスに曝される動翼１６等には表面に生じた熱応力の繰り返しによってき裂が発生したり、酸化腐食による損傷がたびたび生じる。これを防止するため、近年ではこれら高温部品の表面に酸化防止や熱応力軽減のためのコーティングを施工するようになってきた。
【０００６】
特に、高温化するガスタービンにおいては、基材の熱応力と使用温度との低減のために遮熱コーティングの施工がされるようになってきている。このコーティングはジルコニアなどの耐熱性のあるセラミックスを主体とする最外層のトップコートと基材との接合を目的としたボンドコートより成っている。
【０００７】
図１６は基材の温度分布特性の特性図であり、図１６（ａ）は基材にコーティングを施工しない場合の温度分布特性図、図１６（ｂ）は基材にコーティングを施工した場合の温度分布特性図である。図１６（ａ）に示すように、コーティングがない場合には、基材１７は直接高温のガスに曝されることになり、ガス流路側と冷却側との温度差は比較的小さい。一方、図１６（ｂ）に示すように、基材１７の表面にトップコート１８及びボンドコート１９からなるコーティング２０を施工した場合には、熱伝導度の低いトップコート１８及びボンドコート１９での温度低下により、基材１７は直接高温ガスに曝されることなく、ガス流路側と冷却側との温度差が比較的大きくなり、基材１７は、さらに低い温度での使用が可能となる。
【０００８】
このように、遮熱コーティング２０には耐環境性および熱応力の軽減において高い効果があるが、経年的使用により様々な損傷を受けて、コーティング２０が剥離や脱落することがある。トップコート１８はセラミックスであり、基材１７は金属材料であるため、加熱や冷却された場合には線膨張係数の差異によって、コーティング２０に縦方向にき裂が生じ、さらにコーティング２０の界面の凹凸により横方向にも微小なき裂が発生する。
【０００９】
これらのき裂は、コーティング２０を剥離させるき裂の初期き裂として作用する。この初期き裂は、加熱や冷却された場合には線膨張係数の差異によって、コーティング２０に繰り返し生ずる熱応力により成長することとなる。さらに、動翼１６自体に作用する遠心力などの外力によって、コーティングを剥離させ脱落させるようになる。トップコート１８が局部的に脱落すると、ボンドコート１９や基材１７が直接高温ガスに曝されることによって局部的に温度が上昇し、部品全体の破損を引き起こすことになる。
【００１０】
高温部材にコーティングされたセラミック層及び耐食合金層が高温雰囲気に曝露される高温部材において、実機高温部材と同仕様でコーティングした試験片を高温大気中に曝露してセラミック層と耐食合金層の界面に酸化物層を生成し、曝露試験後にこの酸化物層の厚さに対するセラミック層のはく離強度を測定し、その後、数値解析によって求めた熱応力値とセラミック層のはく離強度の大小の比較から酸化物層がセラミック層のはく離損傷を誘発する限界の厚さを求め、セラミック層のはく離損傷に対する寿命を推定するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２７１２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来のものでは、試験片を高温大気中に曝露して試験を行うので、その試験には多大な時間と費用を必要とし、種々のコーティングを短時間で評価することは困難である。
【００１２】
また、従来においては、実機に生ずる様々な温度や応力状態を再現した熱疲労試験によってコーティングの疲労特性を把握し損傷を評価している。図１７は熱疲労試験における代表的なひずみと温度との関係を示す特性図であり、温度変化に伴う熱膨張を考慮して精確に材料に機械的なひずみを与えるには、図１７に示す特性曲線に沿って機械的なひずみを与えなければならず、そうした場合には、高価な設備を必要とし、また試験自体にも温度変化に多大な時間を要する。このため、試験実施には膨大な時間を必要としていた。
【００１３】
本発明の目的は、微細なき裂がコーティング内に生じた段階で損傷度を短時間で容易に評価でき、コーティングの剥離や脱落を事前に予知できるコーティング剥離評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のコーティング剥離評価方法は、基材にコーティングを施工した試験片を用意し、室温で前記試験片に機械的荷重負荷を繰り返し与え、前記試験片のコーティングのひずみ量及び剥離量を計測し、前記剥離量に対してひずみ量及び繰り返し数の関数で示される剥離パラメータを設定し、前記剥離パラメータにより前記コーティングの剥離量を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、室温の機械的負荷試験で得た剥離パラメータを用いてガスタービンの熱疲労や経年劣化による遮熱コーティングの損傷度を評価するので、短時間で定量的に評価できる。また、次回の定期検査までの期間を見越した許容き裂長さを設定することにより、現在の計測されたき裂が許容されるかを判断することができるので、コーティングの剥離や脱落を事前に予測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わるコーティング剥離評価方法の処理内容の流れ図である。まず、基材にコーティングを施工した試験片を用意し（Ｓ１）、室温で試験片に機械的荷重負荷を与える（Ｓ２）。そして、試験片のコーティングのひずみ量を計測するとともに（Ｓ３）、試験片のコーティングの剥離量を計測する（Ｓ４）。そして、処理Ｓ２〜Ｓ４を複数回繰り返して行い、剥離量とひずみ量をパラメータとした繰り返し数との特性曲線を求めて、剥離量−ひずみ量、寿命の評価を行う（Ｓ５）。そして、熱疲労損傷との対応評価を行い（Ｓ６）、剥離量に対してひずみ量及び繰り返し数の関数で示される剥離パラメータを設定し（Ｓ７）、剥離パラメータによりコーティングの剥離量を評価する。すなわちコーティング損傷評価を行うとともに（Ｓ８）、コーティング強度評価を行う（Ｓ９）。そして、許容条件の設定を行う（Ｓ１０）。
【００１７】
ここで、準備するコーティング試験片としては、例えばトップコートに８%程度（５〜１５%範囲）のイットリアを含む部分安定化ジルコニアを用い、ボンドコートにはNiCoCrAlYを用いる。このようにして、まず評価するコーティングを施工した試験片を準備する。コーティング試料はガスタービン部品に施工されている状態でのコーティングや試験用に施工したものであり、これらの試験片に室温で繰り返し負荷を与える。この試験は、コーティングに生ずるひずみを変えて複数回実施する。
【００１８】
図２は室温繰り返し荷重負荷試験の第１の実施例の説明図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図である。図２に示すように、円筒や丸棒又は矩形断面の基材１７ａの側面にコーティング２０を施工して試験片２１を形成し、試験片２１の基材１７ａ部分のみが通過できる試験用ダイス２２に当該試験片２１の基材１７ａを設置する。試験用ダイス２２と基材１７ａとの間に僅かなギャップｇを設けることにより、試験片２１に圧縮力が加わった場合、コーティング２０にせん断ひずみγが発生することになる。せん断ひずみ量は圧縮力が加わった際のコーティングの変位ｄとギャップｇから算出することができる。なお、この場合、圧縮力によりコーティング２０が圧縮変形することがあるのでその変形量を考慮する。
【００１９】
次に、繰り返し負荷した試験片２１のコーティング２０の剥離量を計測する。この剥離量の計測は、赤外線や超音波を用いて非破壊的に行ったり、切断面を観察することにより行う。図３は赤外線を用いた剥離量の計測方法の説明図であり、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は試験片２１の平面図である。繰り返し負荷試験によって生じたコーティング２０の剥離は、コーティング２０と基材１７ａまたは中間層であるボンドコートとの間で生ずるため、通常はそのまま目視によっては計測できない。赤外線による計測方法は、この内部剥離した試験片２１の表面に赤外線ランプ２３から赤外線を照射し赤外線カメラ２４で映像を撮影して剥離量を検出する。すなわち、試験片２１のコーティング２０の表面を加熱することにより剥離き裂２５の部分と剥離をしていない部分の温度上昇の差異から剥離量を検出するものである。
【００２０】
剥離した部分は一定の熱量が与えられると剥離した部分が空気の断熱層となって試験片２１の基材１７ａに伝わる熱量が低下するため、すばやく温度上昇するのに対して、剥離していない部分は試験片２１の基材１７ａへ多くの熱が伝わり温度上昇が小さくなる。このため、加熱時や冷却時の温度分布を計測することにより、剥離状況が目視化される。剥離量は赤外線カメラ２４により撮影された映像より剥離面積Ｓや剥離長さＬとして表される。
【００２１】
図４は超音波を用いた剥離量の測定方法の説明図である。いま、試験片２１の基材１７ａに施工されたコーティング２０のトップコート１８ａとボンドコート１９ａとの間に剥離き裂２５が生じているとする。この場合、発信部２６から超音波を発信し、その超音波信号を送信部２７で増幅して、これを試験片２１に取付けたセンサー２８より発信する。超音波は材質の不連続部分で反射するため、試験片２１の基材１７ａと連続している部分と剥離き裂２５が生じて不連続となっている部分との反射波の違いを受信部２９で捉え、この波形を増幅器３０で増幅して、解析部３１により、発信した超音波波形と比較し剥離の大きさを計測することになる。
【００２２】
以上のようにして測定された剥離量は、コーティング２０に繰り返し与えられるひずみ量Ｄや繰り返し数Ｎと関連付けて剥離量特性曲線が作成される。図５は、剥離量（最大剥離き裂長さＬＬ）と繰り返し数Ｎとのひずみ量Ｄをパラメータとした特性図である。
【００２３】
ひずみ量Ｄを変えて数回の試験を実施し、それぞれの剥離量（最大剥離き裂長さＬＬ）と繰り返し数Ｎとの関係を得ると、右上りの特性曲線Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が得られる。この特性曲線Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、与えるひずみ量Ｄにより異なった曲線となる。剥離量（最大剥離き裂長さＬＬ）は一定の限界量Ｌ１でコーティング２０の脱落が生ずることになる。
【００２４】
実機で剥離したき裂が計測された場合でも、剥離き裂を発生させるひずみ量Ｄが明確でない場合には、どの過程で生じたき裂であるのか不明であるため、今後の寿命を評価することができないが、発生するひずみ量Ｄが定量的に求まっていれば、該当する特性曲線Ｄ１〜Ｄ３を選定し、今後のき裂の進展寿命を評価することができる。図１の処理Ｓ５では、図５に示す剥離量特性図により、剥離量−ひずみ量、寿命の評価を行うことになる。
【００２５】
次に、最大剥離き裂長さＬＬの変化を一つの曲線で表すことを考える。そのために、コーティング２０に生ずる全てのひずみ量に対して、ひずみ量に依存しない一つのマスターカーブを与える剥離パラメータを導入する。
【００２６】
図６は、剥離量（最大剥離き裂長さＬＬ）と剥離パラメータとの特性図である。剥離パラメータＰは、ひずみ量と繰り返し数の関数で表され、各々のひずみ量に依存しない一つのマスターカーブＭＣを与えるパラメータである。この剥離パラメータ（ひずみ量、繰り返し数）Ｐを選定することにより、最大剥離き裂長さＬＬの変化を一つの曲線（マスターカーブＭＣ）で表すことができる。このようにして得られたマスターカーブＭＣに対して、従来から実施されている熱疲労試験結果を対応させる。これにより、このマスターカーブＭＣに基づき、剥離き裂長さの変化を予測することができる。
【００２７】
図７は剥離量（最大剥離き裂長さＬＬ）の変化を剥離パラメータＰにてマスターカーブＭＣと熱疲労試験結果とを表した特性図である。試験に長時間を要する熱疲労試験結果がマスターカーブＭＣと一致した傾向が見られる場合には、この剥離パラメータで最大剥離き裂長さＬＬを評価できる指標とすることができる。図７では、熱疲労試験結果がマスターカーブＭＣと一致した傾向が見られる場合を示している。従って、本発明の実施の形態による室温試験結果を熱疲労試験結果と同様に使用して評価できる。
【００２８】
そこで、このマスターカーブＭＣと剥離パラメータＰを用いて、実機で計測された剥離き裂Ｌ０に対してコーティング脱落となる限界き裂長さＬ１を設定することにより、剥離パラメータＰ０の値を限界パラメータ値Ｐ１と比較して限界寿命までの残余寿命を評価できる。また、次回の定期検査までの期間を見越した許容き裂長さＬ２を設定することにより、剥離パラメータＰ０の値を許容パラメータ値Ｐ２と比較して現在の計測された実機計測き裂長さＬ０が許容されるかを判断することができる。
【００２９】
次に、剥離パラメータＰを用いて複数種類のコーティングの剥離強度の比較を検討することができる。図８は２種類のコーティング１、２に対して得た剥離パラメータＰと最大剥離き裂長さＬＬとの関係を示した特性図である。図８において、同一の最大剥離き裂長さＬＬで比較すると、コーティング１はコーティング２に比べて剥離パラメータの値が小さい。これは、一定のき裂長さＬＬに至るまでのひずみ量や繰り返し数が小さいことを示しており、コーティング１がコーティング２に比べて、剥離強度が低いことを示している。このように、剥離パラメータＰを用いることにより、多種類のコーティングの剥離強度を直接的に比較検討することができる。
【００３０】
図９は、本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第２の実施例の説明図である。僅かなギャップを生じてお互いに嵌合する２個の試験片２１ａ、２１ｂを用意し、２個の試験片２１ａ、２１ｂの嵌合部分の一方の試験片２１ａの基材１７ａにコーティング２０を施工する。そして、この隙間にコーティング２０よりも室温において強度が高い接着剤３２を施工し、コーティング２０と接着剤３２とを介して一体となった試験片２１ａ、２１ｂに、繰り返し圧縮および引張の荷重を負荷する。これにより、コーティング２０に繰り返しのせん断ひずみを与え疲労損傷を与える。
【００３１】
すなわち、僅かなギャップを生じてお互いに嵌合する試験片２１ａ、２１ｂの嵌合部分の一方の試験片２１ａにはコーティング２０を施工してあり、コーティング２０の施工後にも僅かな隙間を生じるようにしておく。この隙間にコーティング２０よりも室温において強度が高い接着剤３２を施工する。このコーティング２０と接着剤３２とを介して一体となった試験片２１ａ、２１ｂに、繰り返し圧縮および引張の荷重を負荷することによって、コーティング２０に繰り返しのせん断ひずみを生ずることができる。この際、接着剤３２にも同様にせん断変形が生ずるため、コーティング２０のせん断ひずみを評価するには、接着剤３２の変形を考慮する。
【００３２】
図１０は、本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第３の実施例の説明図である。基材１７ａの片面にコーティング２０を施工した板状の試験片２１を支持治具３３で支持して、コーティング２０側または基材１７ａ側が引張となるように、球体治具３４により曲げ荷重を繰り返して負荷し、板厚方向に生じる繰り返しのひずみ分布によって、コーティングに疲労損傷を与える。
【００３３】
すなわち、基材１７ａの片面にコーティング２０を施工した板状の試験片２１に対して基材１７ａ側が引張となるように、球体治具３４により曲げ荷重を繰り返し負荷する。曲げ荷重によるひずみは板厚方向に分布して生じ、コーティング２０には圧縮ひずみが生じる。板厚方向に生じるひずみが異なることからコーティング２０と基材１７ａの境界部にき裂を生じることになる。曲げ荷重は、図１０に示すような３点曲げによる方法や試験部分に２点同時に負荷することによって一様な曲げ応力を生じる４点曲げによる方法も適用できる。
【００３４】
図１１は、本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第４の実施例の説明図である。この第４の実施の形態は、第３の実施の形態に対し、試験片２１を支持する支持治具３３として円筒形状の支持治具を用いたものである。
【００３５】
第３の実施例と同様に、基材１７ａの片面にコーティング２０を施工した板状の試験片２１に対して、コーティング２０側が引張となるように曲げ荷重を繰り返して負荷する。この場合も、板厚方向に生じるひずみが異なることから、コーティング２０と基材１７ａとの境界部にき裂を生じることになる。
【００３６】
この第４の実施例では、試験片１７ａを支持する支持治具３３として円筒形状の支持治具を用いており、曲げ荷重負荷部分を中心として円形状に損傷部分が生じるようにしている。また、試験片２１に接着剤を施工していないため、高温雰囲気などの酸化環境中での試験も可能であり、コーティング２０の酸化の影響を調べることもできる。
【００３７】
図１２は、本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第５の実施例の説明図である。試験片２１ａの基材１７ａの引張圧縮荷重を負荷する面にコーティング２０を施工し、相手の試験片２１ｂの基材１７ｂと接着剤３２で接合することにより、直接コーティング２０に剥離を生じさせる繰り返しひずみを発生してコーティング２０に疲労損傷を与えるものである。
【００３８】
すなわち、試験片２１ａの基材１７ａの引張圧縮荷重を負荷する面にコーティング２０を施工し、相手の試験片２１ｂの基材１７ｂと接着剤３２で接合することにより、直接コーティング２０に剥離を生じさせるひずみを発生して剥離強度を調べる。
【００３９】
図１３は、本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第６の実施例の説明図である。円筒状試験片２１ａ、２１ｂの基材１７ａ、１７ｂの外面にコーティング２０を施工し、繰り返しの捩り負荷を与えてせん断ひずみを半径方向に分布させ、コーティング２０に疲労損傷を与えるものである。
【００４０】
すなわち、円筒状試験片２１ａ、２１ｂの基材１７ａ、１７ｂの外面にコーティング２０を施工し、繰り返しの捩り負荷を与えると、せん断ひずみが半径方向に分布を持つことから、基材１７ａ、１７ｂとコーティング２０の境界部にき裂を発生させることができる。この第６の実施例では、試験片２１ａ、２１ｂに接着剤を施工していないため、高温雰囲気などでコーティング２０の酸化の影響を調べることも可能である。
【００４１】
図１４は、本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第７の実施例の説明図である。試験片２１の基材１７ａの外面にコーティング２０を施工し、基材１７ａ部分のみに繰り返しの一様負荷を与えて、荷重によって生じるひずみを基材断面部分で一様となるようにし、基材に接合したコーティング２０の厚さ方向に変形分布を与え、コーティング２０に疲労損傷を与えるものである。
【００４２】
すなわち、試験片２１の基材１７ａの外面にコーティング２０を施工し、基材１７ａ部分に繰り返しの引張圧縮負荷を与えると、荷重によって生じるひずみは基材断面部分で一様となるが、コーティング２０は基材１７ａに接合しているため、基材１７ａの変形に引きづられて変形することとなる。基材１７ａに近接する部分の変形は大きいが、外面に近い部分の変形は小さく、コーティング２０の厚さ方向に変形分布を持つこととなる。このことにより、基材１７ａとコーティング２０の境界部にき裂を発生させることができる。この第７の実施例では、試験片２１に接着剤を施工していないため、高温雰囲気などでコーティングの酸化の影響を調べることも可能である。
【００４３】
図９ないし図１４に示した各々の実施例では、基材１７ａまたはコーティング２０に繰り返しの荷重負荷を与えて発生するひずみの分布や、基材１７ａとコーティング２０の変形の差を用いて、コーティング２０に実機と同様な微細なき裂を発生させ、剥離や脱落に至るき裂の成長を再現している。いずれの場合も発生するひずみを明確に把握できるので、コーティング２０に発生するき裂との関係を明確にして、短時間での寿命評価が可能となる。また、接着剤３２を使用しない実施例については、高温雰囲気などのような酸化環境中での試験が可能であるため、これらの影響を考慮した評価が可能となる。
【００４４】
ここで、繰り返し負荷は実際にコーティングに生ずる損傷を再現するようにして試験片に与える場合について説明したが、コーティングの材料特性が既知の場合にはこの実験に相当する有限要素解析によって評価することもできる。
【００４５】
このように、本発明の実施の形態は、評価に供するコーティングを施工した試験片に対して室温で一定の条件で繰り返し負荷を与えた場合に生ずるコーティングと基材またはボントコートとの剥離の大きさや脱落を生ずる限界条件を見出すことによってコーティングの損傷度や密着強度を評価する。
【００４６】
すなわち、室温における繰り返し荷重を与えてコーティング強度を評価するため、熱疲労試験のように多大な時間と費用を必要とせず、短時間にコーティングの繰り返し負荷に対する疲労寿命を定量的に評価することができる。また、コーティングの寿命をコーティングの剥離量から評価できる。またコーティング材料や施工性の評価にも一定条件の繰り返し力を与えることにより相対的な評価が行える。
【００４７】
以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、室温の機械的負荷試験で得た剥離パラメータを用いて評価しているので、従来から実施してきた熱疲労試験に比べて短時間で試験が可能であり、設備的にも温度変化を与える装置や水冷設備などを必要とせず安価な試験装置で試験が可能である。また、微細なき裂がコーティング内に生じた段階で損傷度を評価できるため、コーティングの剥離や脱落を事前に予知できる。
【００４８】
さらに、実際に用いている部品のコーティング剥離き裂長さの計測は、赤外線や超音波などの非破壊的な方法を適用できるので、計測時に実機部品に与える損傷はほとんどない。また、計測したき裂に対してコーティング脱落となる限界き裂長さを設定して剥離パラメータの値を比較することにより限界寿命までの残余寿命を評価でき、また、次回の定期検査までの期間を見越した許容き裂長さを設定することにより、現在の計測されたき裂が許容されるかを判断することができる。
【００４９】
また、動翼などの形状が複雑な実部品に対しても、施工されているコーティングの疲労損傷評価を容易に行うことができる。さらに今後予想される定期検査間隔を考慮して、部品交換や再コーティングの策定などの対策を立てることができる。さらに、剥離パラメータを用いることによりコーティングの剥離強度の比較を容易に行うことができ、多種類のコーティングの剥離強度を比較する際にも、剥離パラメータと最大剥離き裂長さとの関係を用いることによって、客観的に比較検討ができ、得られたデータはそのままコーティングの寿命評価データとして実部品の評価に適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係わるコーティング剥離評価方法の処理内容の流れ図。
【図２】本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第１の実施例の説明図。
【図３】本発明の実施の形態における赤外線を用いた剥離量の計測方法の説明図。
【図４】本発明の実施の形態における超音波を用いた剥離量の測定方法の説明図。
【図５】本発明の実施の形態における剥離量（最大剥離き裂長さＬＬ）と繰り返し数Ｎとのひずみ量Ｄをパラメータとした特性図。
【図６】本発明の実施の形態における剥離量（最大剥離き裂長さＬＬ）と剥離パラメータとの特性図。
【図７】本発明の実施の形態における剥離量（最大剥離き裂長さＬＬ）の変化を剥離パラメータＰにてマスターカーブＭＣと熱疲労試験結果とを表した特性図。
【図８】本発明の実施の形態における２種類のコーティング１、２に対して得た剥離パラメータＰと最大剥離き裂長さＬＬとの関係を示した特性図。
【図９】本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第２の実施例の説明図。
【図１０】本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第３の実施例の説明図。
【図１１】本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第４の実施例の説明図。
【図１２】本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第５の実施例の説明図。
【図１３】本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第６の実施例の説明図。
【図１４】本発明の実施の形態における室温繰り返し荷重負荷試験の第７の実施例の説明図。
【図１５】ガスタービンの主要部の構成図。
【図１６】基材の温度分布特性の特性図。
【図１７】熱疲労試験における代表的なひずみと温度との関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００５１】
１１…圧縮機、１２…燃焼器、１３…ライナー、１４…トランジッションピース、１５…静翼、１６…動翼、１７…基材、１８…トップコート、１９…ボンドコート、２０…コーティング、２１…試験片、２２…試験用ダイス、２３…赤外線ランプ、２４…赤外線カメラ、２５…剥離き裂、２６…発信部、２７…送信部、２８…センサー、２９…受信部、３０…増幅部、３１…解析部、３２…接着剤、３３…支持治具、３４…球体治具  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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